دانلود تحقیق پراکندگی هیدرودینامیک درتل ماسه اشباع نشده

پراکندگی هیدرودینامیک درتل ماسه اشباع نشده :
خلاصه :
گسترش محلول ها نسبت به وضعیت جابه جایی میانگین درطول جریان آب در خاکها درنتیجه پیچش ازطریق کمپلکس منفذ اشباع شده میباشد.

گسترش باضریب پراکندگی هیدرودینامیک درمعادله پراکندگی همرفتی مشخص میشود.

این ضریب به طور وسیعی برای خاکهای اشباع شده مطالعه شده است.

دراین مطالعه ضریبهای پراکندگی هیدرودینامیک برای تل ماسه غیر انباشته به عنوان تابعی از ثابتهای آب حجمی تتا تعیین شد که تغییر حدودی از اشباع تا 0.08cm3cm-3 درستون های 5cm‌ قطری و طول 25 تا 40 سانتی متری دارند.

آزمایشات جریان شیب واحد جهت اندازه گیری منحنی های پیشرفته محلول با به کارگیری ردیابهای شوری با 4 الکترود درچندین عمق ستونی انجام شدند.

پارامترهای حمل برای معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک –غیرمتحرک با بهینه سازی محلولهای تحلیلی با منحنی های پیشرفته محلول مشاهده شده تعیین شدند.

یک پراکندگی حداکثر گاما 0.97 cm ‌ در تتا برابر است با 0.13 یافت شد درصورتیکه برای جریان اشباع شده گاما برابر با 0.1cm‌ صرف نظر از سرعت آب منفذ از208 تا 5878d-1‌ تغییر حدود دارد .

برای مدل متحرک و غیر متحرک بخش آب متحرک به تدریج با وحدت دراشباع با یک حداقل 0.85 در تتا برابر با 0.15 به دنبال افزایش جزئی با اشباع دوباره بیشتر میباشد.

زمان تبادل بین فازهای متحرک و غیرمتحرک یک دهم تا دو دهم برای تتا بزرگتر از پانزده صدم فرضا به علت جریان نسبتا همگن با ترکیب محلول همرفتی بود.

برای تتای کمتر تبادل خیلی کند تر میشود ازآنجائیکه جریان غالبا به علت V کوچکتر و لایه های نازکتر آب خیلی کندتر میشود درحالیکه مقاومت برای تبادل محلول بین فازهای متحرک وغیر متحرک افزایش می یابد.

این اثرات ترکیبی منجر به مقدار پراکندگی حداکثر درمحتویات آب میانیدرصورت تل ماسه غیر انباشته شده میشود .

درطول جریان آب در محیط های منفذ دار مواد حل شده به علت پراکندگی هدرودینامیک گسترش میدهد که شامل پراکندگی مولکولی و پراکندگی مکانیکی میباشد.

پراکندگی مکانیکی رخ میدهد زیرا جریان آب با بزرگی و جهت درمنافذ خاک درنتیجه پیچاب ازطریق ساختمان منفذ کمپلکس تغییر میکند.

میزان گسترش به توزیع سرعت آب درمقیاس منفذ و میزان هم گرایی و واگرایی مسیرهای جریان و پراکندگی مولکولی مربوط میباشد.

غالبا جیان محلول به علت پراکندگی مکانیکی با فرایند فیکیان توضیح داده میشود.

شباهت درست بین پراکندگی وپراکندگی مکانیکی منجربه عملکرد مشترک ترکیب کردن این فرایندها با یک فرایندی از پراکندگی میگردد.

این روش باید به دقت بررسی شود ومورد تحقیق قرار بگیرد زیرا معادله ریاضی ضرورتا شباهت فیزیکی را نشان نمیدهد.

جریان محلول ممکن است با مجموع جریانهای پراکندگی همرفتی و هیدرودینامیک زیر تعریف شود.

که c حجم میانگین یا غلظت ماندگار و z وضعیت یا عمق و D ضریب پراکندگی هیدرودینامیک و تتا مقدار آب حجمی و jw جریان آب دارسی است.

درخاکهای اشباع شده ضریب پراکندگی با معادله زیر مشخص میشود.

که دراولین جمله De یک ضریب پراکندگی موثر درحالیکه دومین جمله ضریب پراکندگی مکانیکی را توضیح میدهد درجایی که گاما به پراکندگی اشاره میکند و سرعت آب منفذ را مشخص میکند وn یک ثابت تجربی است.

نقش پراکندگی مولکولی میتواند باتعداد پراکندگی مولکولی peclet ارزیابی شود.

درجایی که d اندازه میانگین ذره خاک یا بعضی از طول های مشخص با محیط پرمنفذ است.

جمله طیفی پراکندگی مولکولی درمعادله 2 همان ترتیب بزرگی رابرای جمله طیفی پراکندگی مکانیکی رادارد.

با ‌افزایش Pe کمک پراکندگی به پراکندگی مکانیکی نامحسوس میشود اما انتشارعرضی که به طور معکوسی با پراکندگی مکانیکی درمفهوم پراکندگی تایلور ارتباط دارد باید درنظرگرفته شود.

مقادیر نمونه برای n درتغییر حدودی بین 1و 1.2 هستند در Pe بالاتر ضریب پراکندگی یک افزایش تقریبا خطی را با سرعت آب منفذ درمورد ماسه های غیر انباشته شده یا مهره های شیشه ای نشان میدهد.

پراکنده کنندگی فرضا یک ویژگی ذاتی خاک برای جران اشباع شده میباشد.

پراکندگی هیدرودینامیک درخاکهای اشباع نشده پیچیده تر از آن در خاکهای اشباع شده است.

با کاهش مقدار آب سرعت آب منفذ کم میشود و هندسه فاز مایع درمنافذ انتقال دهنده آب با فرصت کمتری برای ترکیب کردن و و پیچ و خم افزایش یافته تغییر میکند.

ضریب پراکندگی بستگی به مقدار آب و سرعت دارد که ممکن است شبیه به معادله 3 بیان شوند.

درمورد محیط های غیر انباشته شده ازقبیل مهره های شیشه ای و ماسه ها گسترش بیشتر محلول و پس مانده طولانی تر برای منحنی پیشرفت محلول در مقادیر آب کمتر مشاهده شده اند .

ازاینرو مقادیر بزرگتر برای گاما برابر با D/V برای شرایط اشباع نشده نسبت به اشباع شده یافت شده اند.

De smedt و wierenga پراکندگی بیشتری را در مهره های شیشه ای با مدل متحرک و غیر متحرک توضیح دادند.

این محققان دریافتند که مقدار آب متحرک به طور خطی با مقدار آب کلی افزایش می یابد درحالیکه ضریب انتقال جرم بین فازهای متحرک و غیر متحرک آلفا به طور متناسبی با سرعت آب منفذ افزایش یافتند ماراکاو دیگران پراکنده کنندگی بیشتری را برای خاکهای ماسه ای اشباع نشده دریافتند اما آنها دنباله منحنی پیشرفت محلول را مشاهده نکردند.

پادیلا و دیگران ثابت کردند که برای یک ماسه اشباع نشده پارامترهای معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک نه تنها تابعی ازویژگیهای خاک هستند بلکه تابعی از مقدار آب هستند.

ماتسوبایاشی و دیگران طول مخلوط را برای پراکندگی اشباع نشده براساس انحراف معیار v برای تتای مختلف با به کارگیری مدل حفظ مویین اریابی کردند.

علیرغم مطالعات مذکور ودیگر مطالعات جهت توضیح دادن پراکندگی اشباع نشده یک فقدان اطلاعات همسان و جامع وجود دارد .

مشکل برای ایجاد کردن شرایط جریان یکنواخت اشباع نشده ممکن است منجربه تخمینات غیر دقیق پارمترهای حمل گردد.

چند اطلاعات برای مقدار های کمتر آب وجود دارد زیرا میزان جریان کم پیوسته منجر به آزمایشات جابه جایی زمان بر میگردد.

دراکثر مطالعات غلظتهای مجرای خروجی جهت تعیین کردن منحنی پیشرفت محلول مورد استفاده قرار گرفتند.

پراکندگی القاء شده با دستگاه ممکن است منجر به پارامترهای حمل پیش قدردار میگردد.

درحالیکه یک منحنی تکی پیشرفت محلول برای یک آزمایش برای ارزیابی کردن مدل حمل یک پایه ناقصی را فراهم میکند.

هدف اصلی این مطالعه بررسی کردن پراکندگی با تغییرحدود وسیعی ازمقادیر آب تحت شرایط جریان شیب واحد دریک تل ماسه است .

به این منظور ما درمحل منحنی پیشرفت محلول را با نتیجه گرفتن غلظتهای ماندگار کلی از قابلیت هدایت الکتریکی خاک انباشته اندازه گیری شده باردیابهای درجه شوری با 4 الکترود درچندین عمق درستون های پر شده با تل ماسه توتوری تعیین شدند.

مقادیری برای پارامترهای معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک با بهینه سازی محلولهای تحلیلی این مدل های حمل شده با منحنی پیشرقت محلول مشاهده شده تعیین شدند درطول جریان آب در محیط های منفذ دار مواد حل شده به علت پراکندگی هدرودینامیک گسترش میدهد که شامل پراکندگی مولکولی و پراکندگی مکانیکی میباشد.

مقادیری برای پارامترهای معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک با بهینه سازی محلولهای تحلیلی این مدل های حمل شده با منحنی پیشرقت محلول مشاهده شده تعیین شدند.

مخلوط و ترکیب محلول درماسه اشباع نشده برحسب عملکرد پراکنده کنندگی به عنوان تابعی از مقدار آب بحث خواهند شد.

مواد و روشها : آزمایش جابه جایی : یک تل ماسه توتوری خوب جور شده به طور یکنواختی با تراکم توده خشک پرمیشوند ، pb= 1.67g cm-3 درستون های5cm قطر و طول 25 تا 40 سانتی متری .

تل ماسه یک اندازه میانگین ذره با قطری بین 0.149mm تا 0.5mm داشت.

جهت به حد اقل رساندن گرفتگی فیلتر درطول آزمایشات جابه جایی ما ذرات نرم را درماسه 2.5 تا 1 درصد با شستن ماسه با آب مقطر کاهش دادیم.

قابلیت هدایت هیدرولیک اشباع شده 550cm d-1 بود.

شکل یک منحنی بازداری آب را که با یک ستون آب پایین افتاده در حالت اشباع اندازه گیری شده اند را نشان میدهد.

ازمنحنی آشکار میشود که ماسه مقدار ورودی هوای کمی دارد و تغییر حدود محدودی در اندازه های منفذ دارد.

شرایط جریان اشباع شده و اشباع نشده در حالت ثابت با به کارگیری محلولهای CACL2 برقرار شدند.

شکل دو ترتیب آزمایشی را برای آزمایشات جابه جایی نشان میدهد.

جریان شیب واحد با به کارگیری یک ستون آب پایین افتاده برای شرایط اشباع نشده برقرار شد.

ستون خاک درابتدا از پایین با به کارگیری یک بطری ماریوت اشباع شد.

سرعتهای جریان jw با تغییر حدود 4 تا 452 cmd-1 با استفاده کردن ازآب با سطح خاک پوشیده شده با کاغذ صافی ازیک سوزن متصل به یک پمپ موجی با به کارگیری بطری خیره ای ازنوع ماریوت برای محلول سیال ورودی به دست آمدند.

ماتاییدکردیم که جریان آب به نسبت درسرتاسر نمونه برای دوتا سه متر خاک با به کارگیری محلول رنگی همگن بود.

یک صافی شیشه ای ذوب شده با ضخامت 5میلی متر در ته خاک برای کنترل کردن ارتفاع فشاری قالبی مورد استفاده قرار گرفت.

بسته به سرعت جریان ما یک صافی با یک قابلیت هدایت اشباع شده 12، 25 ‌یا 50cm d-1 و یک ارتفاع فشاری ورودی هوای متناظر -200, -150 , -70 cm‌ را برای به حداقل رساندن افت فشار درسرتاسر فیلتر پایین انتخاب کردیم.

ارتفاع فشاری با تنظیم کردن وضعیت نقطه چکیدن ستون آب پایین افتاده تظیم شد.

ازآنجائیکه به دقت پیش بینی کردن افت فشار درسرتاسر صافی به علت گرفتگی احتمالی مشکل بود ما مکش کاربردی خواندن رطوبت سنج خاک بالای فیلتر را تعیین کردیم.

برای به حد اقل رساندن اثرات پسماند ما به تدریج ارتفاع فشاری ته برای رسیدن به جریان شیب واحد کاهش دادیم.

یک ستون خاک مشابه برای جریان اشباع شده استفاده شد.

یک توری شبکه ای ظریف در ته به جای صافی شیشه ای مورد استفاده قرار میگیرد.

بعد از اشباع شدن ستون خاک ته سرعتهای جریان اشباع شده ثابت با تغییر حدود jw= 73 to 2059cm d-1 با تنظیم کردن ارتفاع آبی دربالای ستون با به کارگیری بطری ماریوت برقرار شدند.

قابلیت هدایت الکتریکی با حسگرهای درجه شوری 4ردیابه اندازه گیری میشوند که به طور افقی درستون در سه تا پنج عمق جاگذاری میشوند.

هرردیاب شامل 4 میله فولاد ضد زنگ با قطر 1.6 mm و طول 20mm میباشد.

دومیله داخلی و خارجی فاصله های 8و 16 میلی متری دارند.

نسبت شارش جریان برق ازطریق الکترودهای خارجی با اختلاف ولتاژ بین دوالکترود داخلی با به کارگیری ثبت کننده اطلاعات با یک تسهیمگر اندازه گیری شد.

ارتفاع فشاری آب خاک با کشش سنج ریز با قطر 2میلی مترو طول 10میلی متر متصل به مبدل های فشاری کنترل شدند.

بعد ازبرقراری جریان درحالت ثابت محلول سیال ورودی ازغلظت c0 به c1 برای تعیین کردن منحنی پیشرفت محلول تغییر کرد.

جهت به حداقل رساندن اثرات غلظت درجریان آب اختلاف بین c0 و c1 نسبتا کم بود درحالیکه هنوز اجازه اندازه گیریهای دقیق منحنی پیشرفت محلول را با الکترودهای 4 ردیابه میدهند.

ما به طور جزئی برای مقادیر کمتر آب ازغلظتهای بالاتر استفاده کردیم زمانی که خواندن های 4ردیاب کمتر میشود.

خواندن های Eca 4 ردیابه دریک مقدار آب خاص با قابلیت هدایت الکتریکی محلول خاک تناسب دارند .ازآنجائیکه رابطه ای خطی به طور کلی بین غلظت محلول باقی مانده آب خاک مشاهده میشود c و Eca با ثابت بودن تتا با Eca نیز متناسب است.

درجایی که A و B ثابتهایی هستند و t‌ زمان است.

زمانیکه ورودی پله ای دائمی به کارگرفته شوند دوثابت معادله 5 میتوانند با دومجموعه از مقادیر c و Eca متناظر با c0 و c1 میباشند.

اگر مدت زمان کاربرد پالس به اندازه کافی طولانی نباشد که به یک مقدار ثابت Eca متناظر با c1 برسیم ، ما برای تعیین کردن ثابتها بازیابی کلی جرمی را میپذیریم یعنی 4ردیاب درعمق z برای تعیین کردن ثابتها کلیه جرم محلول ورودی را نشان میدهد.

مدل های انتقال : منحنی پیشرفت محلول مشاهده شده برحسب معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک تحلیل شدند.

ما فرض کردیم که اندازه گیریهای 4 ردیابه غلظتهای نوع ماندگاررا ایجاد کرد.

معادله پراکندگی همرفتی یک بعدی براساس جریان پاشندگی – همرفتی معادله یک برای یک محلول غیر واکنشی دریک خاک همگن به عنوان معادله 6 نوشت میشود.

مدل متحرک و غیر متحرک فرض میکند که فاز مایع در منافذ خاک میتواند به مناطق متحرک و غیر متحرک تقفسیم شود و تبادلهای محلول بین دومنطقه به عنوان فرایند درجه یک الگوبندی میشود.

مدل متحرک وغیر متحرک یک بعدی برای یک محلول غیر واکنشی به عنوان معادلات 7و 8 توضیح داده میشود.

درجایی که زیرنویس های m و im به ترتیب به مناطق متحرک و غیر متحرک اشاره میکنند.

Vm‌ تتا m‌ معادل با تراکم جریان آب حجمی و آلفا ضریب انتقال جرمی درجه یک که سرعت تبادل محلول بین مناطق متحرک و غیر متحرک را کنترل میکنند.

حسگر 4ردیابه فرضا غلظت ماندگار کلی را اندازه گیری میکند که به عنوان معادله 9 تعریف میشود.

مقادیری برای پارامترهای انتقالی با برنامه بهینه سازی کمترین مجذورات غیر خطی با به کارگیری محلولهای تحلیلی معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک با شرایط اولیه و مرزی زیر تعیین شدند.

معادلات 10و 11و 12 .

درجایی که L‌ طول ستون و D معادل با دی ام تتا ام تتا برای مدل متحرک و غیر متحرک است و t0 مدت کاربرد پالس با t نتایج و بحث : جریان آب اشباع نشده : ارآنجائیکه پراکندگی هیدرودینامیکی در یک خاک اشباع نشده تابعی از تتا و v است لازم است که برای رسیدن به مقدار آب یکنواخت درسرتاسر ستون درطول آزمایشات جریان شیب واحد را برقرار کند .شکل 3 توزیع تتا و h رابه عنوان تابعی از عمق برای یکی از آزمایشات با به کارگیری یک جریان آب 20.2cm d-1 و یک فشار تحمیلی درحدود –40 cm در ته نشان میدهد.

مقادیر آب بعدا به طور وزنی تعیین شدند.

مقادیری برای تتا و h درسرتاسر ستون تقریبا یک دهم سانتی متر مکعب درسانتی متر به توان سه و منفی سی سانتی متراست که متناظربا منحنی بازداری آب نشان داده شده در شکل یک میباشد.

مقادیر آب و ارتفاعات فشاری نزدیک به ته به علت گرفتگی فیلتر ته افزایش یافتند.

مسئله بالقوه دیگر پسماند است ازآنجائیکه میتواند از شیب پرشیب درانشعاب خشک شده منحنی بازداری آب تصویر برداری شود تل ماسه کاملا اثری بود.

حتی افزایشی جزئی درفشار ته به علت حرکت بالایی نقطه چکیدن ستون آب پایین افتاده منجر به رطوبت میگردد.

یک کاهش سریع در فشار ته ممکن است منجر به توزیع دوباره و مرطوب شدن نزدیک ته گردد.

جهت به حد اقل رساندن اثرات پسماند ما با یک ستون خاک اشباع شده وجدیدا پرشده برای هرآزمایش جابه جایی شروع کردیم.

ما مقادیر آب را با بخش کردن ستون خاک بعد از هر آزمایش اندازه گیری کردیم.

علاوه بر نظارت کردن بر h ، خواندن های ردیابه Eca برای کنترل کردن تتا استفاده میشود به شرطی که Ecw محلول ثابت نگه داشته شود.

شکل 4 رابطه تتا وی را برای کلیه آزمایشات دراین مطالعه را خلاصه میکند.

توجه کنید که جریان آب که درشکل 4 با تتاوی داده شده است معادل با قابلیت هدایت به علت حالت جریان شیب واحداست.

مقدار آب تعیین شده با بخش کردن ستون خاک کاملا یکنواخت نبود.ازاینرو ما برای نتیجه گیری کردن یک مقدار آب متوسط برای هر حالت جریان براساس تتا مساوی با jw/v برای معادله پراکندگی همرفتی و تتا برابر با jw وی ام تتاام تتا از V متناسب شده استفاده کردیم.

منحنی های پیشرفت و تخمین پارامتر : بعداز برقرار کردن یک حالت جریان شیب واحد ما یک ورودی پالسی یا پله ای محلول را به کار گرفتیم .

شکل 5 نمونه هایی از منحنی پیشرفت محلول را برحسب غلظت بدون بعد درمقابل زمان دراعماق مختلف برای حالتهای جریان اشباع شده و اشباع نشده نشان میدهد.

نیمرخ مقدار آب ارائه شده درشکل 3 به طور وزنی بعد از اندازه گیری منحنی پیشرفت محلول نشان داده شده در شکل 5b به دست آمد.

ما محلولهای تحلیلی معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک با منحنی پیشرفت محلول مشاهده شده رابرای تعیین کردن D و v برای معادله پراکندگی همرفتی متناسب کردیم.

زمان حرکت میانگین محلول با تغییر در غلظت کلی cacl2 برای یک منحنی پیشرفت محلول دراعماقی مشخص که تقریبا معادل با زمان میانگین محاسبه شده jw تحمیل شده تعیین کمیت شدند و به طور وزنی تتا را تعیین کردند.

ازاینرو ما فرض کردیم که ما میتوانیم ازاندازه گیریهای EC برای تعیین کردن غلظتهای کلی ماندگار استفاده کنیم و اینکه عامل بازداری ممکن است معادل با واحد تعیین شود.

جدول یک مقادیر پارامتر معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک به دست آمده از منحنی پیشرفت محلول نشان داده شده در شکل 5 را خلاصه کرد.

ما با به کار گیری منحنی پیشرفت محلول درهرعمق و نیز با به کارگیری منحنی پیشرفت محلول برای کلیه اعماق پارمترهایی را تخمین زدیم.

شکل 5 نیز منحنی پیشرفت متناسب شده را که از معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک با به کارگیری پارامترهای به لیست درآمده درجدول یک به دست آمده با شامل کردن منحنی پیشرفت محلول برای کلیه سه یاچهار وضعیت در بهینه سازی نشان میدهد.

جدول یک نیز خوبی تناسب توضیح داده شده با ضریب تعیین r به توان 2 رابرای بازگشت مشاهده شده درمقابل غلظتهای تناسبی نشان میدهد.

معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک منحنی پیشرفت محلول را کاملا به خوبی توضیح میدهند.

به علاوه ازآنجائیکه پارامترهای انتقال به دست آمده از منحنی پیشرفت دراعماق مختلف مشابه هستند ما میتوانیم به اعتبار مدل های انتقالیمان اعتماد داشته باشیم.

احتمال مقایسه کردن پارامترهای به دست آمده دراعماق مختلف یک مزیت آشکار تعیین کردن منحنی پیشرفت محلول با اندازه گیری های محلی EC نسبت به نمونه های سیال ورودی است.

منحنی پیشرفت محلول برای جریان اشباع نشده درمقایسه با منحنی پیشرفت محلول برای جریان اشباع شده با درنظرگرفتن دنباله تقارن کمتری دارند.

و این مورد قبلا توسط گوپتا و کروپ و الریک مشاهده شد.

همانطور که از r به توان دو مشاهده میشود ، معادله پراکندگی همرفتی اطلاعات مشاهده شده رابرای حالتهای اشباع شده نسبت به اشباع نشده توضیح میدهد.

جدول 2 پارامترهای معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک رابرای 11 آزمایش اشباع نشده به دست آمده از منحنی پیشرفت محلول درمحلهای مرکزی درطول ستون را فراهم کردند.

و منحنی پیشرفت محلول به دست آمده نزدیک به سطح ممکن است تحت تاثیر شرایط جریان ناهمگن بیشتری قرار بگیرد زیرا آب وارد مرکز سطح خاک میشود درحالیکه منحنی پیشرفت محلول نزدیک به ته به علت گرفتگی احتمالی فیلتر تحت تاثیر مقادیر منظم آب قرار میگیرند.

ازاینرو ما مقادیر پارامتر را با متناسب کردن همزمان محلول معادله پراکندگی همرفتی با منحنی پیشرفت محلول رابرای تمام یا بخشی از محلهای مرکز تعیین کردیم.

اطلاعات آزمایش 5 درجدول به طور مثال از منحنی پیشرفت محلول دراعماق 9,15.1, 21.1cm به دست آمدند.

پراکندگی هیدرودینامیک : معادله پراکندگی –همرفتی : ما پراکندگی گاما رابرحسب معادله پراکندگی همرفتی به عنوان تابعی از سرعت آب منفذ رادرشکل 6 مقدارآب حجمی را درشکل7 برای حالتهای اشباع شده و اشباع نشده ترسیم کردیم.

شکل 7 نیز شامل نتایج جدول پادیلا برای یک ماسه اشباع نشده یا یک اندازه میانگین ذره 0.25mm مشابه با تل ماسه توتوری میباشد .

درصورت وجود جریان اشباع شده پراکندگی صرف نظراز سرعت جریان درحدود یک دهم سانتی متر است.

و به عبارت دیگر D به طور خطی با v ‌افزایش می یابد که به طور گسترده ای گزارش شده است.

ازطرف دیگر برای جریان اشباع نشده گاما به تتا و V بستگی دارد.

با کاهش V پراکندگی زیاد میشود.

البته v و تتا به علت حالت شیب واحد به هم وابسته هستند درجایی که K‌ قابلیت هدایت هیدرولیک است.

با مشاهده شکل 4 ، v ممکن است به طور قابل ملاحظه ای حتی تقریبا درهمان تتا تغییر کند زیرا قابلیت هدایت هیدرولیک میتواند با تغییر حدود محدود تتا با چندین ترتیب بزرگی تغییر کند.

مقدار تا ممکن است حتی به طور شدیدتری نسبت به v‌بر گاما تاثیر بگذارد.

گامای ماکزیموم درتتا برابر با 0.13 تقریبا ده برابر بیشتراز جریان اشباع شده 0.97 cm بود.

برای تتای پایینتر گاما با تتا افزایش می یابد اگرچه مقدار آب حد اقل درمطالعه پادیلا تتا برابر با 0.15 بود و نتایج آنها برای تتا بزرگتر از 0.16 با نتایج ما همخوانی دارد.

مدل متحرک و غیر متحرک : برای توضیح دادن منحنی پیشرفت محلول برای شرایط اشباع شده و اشباع نشده کاربرددارد.

زیرا انتقال در ماسه اشباع شده به خوبی با معادله پراکندگی همرفتی و بخش متحرک توضیح داده شده است و تتا ام تتا به واحد نزدیک است .

پادیلا و دیگران همان را برای ماسه اشباع شده مشاهده کردند.

تحت این شرایط ضریب انتقال دیگر مرتبط نیست و تخمینات برای این مقدار ثابت نیست.

ازآنجائیکه مقادیر تخمین زده شده دقیق نیستند و منحنی پیشرفت محلول ممکن نیست به درستی بت محلول تحلیلی مدل متحرک و غیر متحرک ارزیابی شود ما بیشتر توصیف منحنی پیشرفت محلول را بر حسب مدل متحرک و غیر متحرک برای شرایط اشباع شده دنبال نمیکنیم.

برای شرایط اشباع نشده مقادیر تخمین زده شده تتا ام تتا و آلفا برای کلیه موارد نشان داده شده در جداول یک ودو منطقی به نظر میرسند.

درشکل 8 ما پراکندگی موثررا برای مدل متحرک و غیر متحرک مقایسه میکنیم که ازپارامترهای تخمین زده شده مدل متحرک و غیر متحرک برطبق معادله 15 باگامابرای معادله پراکندگی همرفتی محاسبه شده است.

اگرچه مدل متحرک و غیر متحرک گاما به طور جزئی برای مقادیر کمتر آب بیشتر بود و شباهت دو پراکندگی نشان میدهد که تقسیم کردن پراکندگی هیدرودینامیک به دو مکانیسم ترکیب محلول تعیین شده با معادله 16 و 17 با به کارگیری پارامتر های مدل متحرک و غیر متحرک منطقی است.

شکل 8 همچنین شامل پراکندگی فاز متحرک برای شرایط اشباع نشده است .

برای تتای کوچکتر از 0.17 ym درحدود دودهم تا سه دهم سانتیمتر و بین یک دهم تا پانزده صدم سانتیمتر برای تتای بزرگتر از هفده صدم بود.

اختلاف بین مدل متحرک و غیر متحرک گاما و گاما ام این است که طول ترکیب غیر متحرک میتواند به عنوان کمک به ترکیب به علت انتشار عرضی بین فازهای متحرک و غیر متحرک درنظرگرفته شود.

اختلافات بیشتر برای تتای کوچکتر از هفده صدم نشان میدهد که دومین جمله درمعادله 15 مکانیسم غالبی برای ترکیب درطول شرایط اشباع شده میشود.

شکل 9 بخش متحرک و غیر متحرک را نشان میدهد که تابعی از تتا است.

De smedt و wierenga‌ یک مقدار ثابت را برای تتا ام تتای 0.853 براساس اندازه گیری های خودشان در مهره های شیشه ای و نیز براساس نتایج کراپ و الریک پیشنهاد کردند.

درمورد تل ماسه توتوری تتا ام تتا همان درجه ازبزرگی را داشت اما یک حداقل تتا ام تتا 0.82 را درحدود تتا برابر با 0.15 نشان داد.

درجایی که منحنی بازداری یک نقطه خمیدگی را نشان میدهد .

توجه کنید که تتا ام تتا بزرگتر از نه دهم برای تتا بزرگتر از دو دهم است وقتی که یک انتقال با تتا ام تتا مایل به یک درجریان اشباع شده رخ میدهد.

علاوه برتتاام تتا انتقال غیر تعادلی نیز با میزان تبادل آلفا مشخص میشود.

شکل 10 یک آلفا را به عنوان تابعی از تتا برای شرایط جریان اشباع شده نشان میدهد.

توجه کنید که یک آلفا مقیاس زمانی را برای تبادل محلول بین فازهای متحرک وغیر متحرک نشان میدهد.

برای تتابزرگتر از پانزده صدم زمان تبادل باترتیب یک دهم تا دو دهم نشانگر ترکیب سریع محلول است.

زمان تبادل درزمانیکه تتا برای تتا کوچکتراز پانزده صدم کمتر میشود افزایش می یابد.

مقدار ماکزیموم برای یک آلفا درزمانیکه تتا برابر با هشت صدم با vm= 58.9 cm d-1 میباشد بود.

برای تتا بزرگتر از پانزده صدم تتا ام تتای بزرگتر و یک آلفای کوچکتر رخ میدهند زیرا جریان سریع و نسبتا یکنواخت ترکیب محلول همرفتی سریع را در منافذ پر شده با آب پیشرفت میدهد.

برای تتا کوچکتراز پانزده صدم یک آلفا به طور اساسی افزایش می یابد درحالیکه تتا ام تتا به طور جزئی با کاهش تتا کاهش می یابد.

درهمان زمان v برابر با وی ام تتا ام تتا به طور نمایشی با کاهش یافتن تتا کاهش می یابد و منجر به مقادیر کوچکتری ازجمله دوم درطرف سمت راست معادله 15 میگردد.

چون یک آلفا با کاهش تتا افزایش می یابد اثرات ترکیبی vm و یک آلفا منجر به مقدار حداکثر برای گاما در یک متوسط تتای سیزده صدم که درشکل 9 نشان داده شده است میگردد.

جریان اشباع نشده و ترکیب محلول : با بررسی کردن منحنی بازداری آب ما فرض میکنیم که اکثر آب خاک برای تتا بزرگتر از پانزده صدم درمنافذ خاک نگه داشته میشود و اینکه این منافذ برای تتای کوچکتراز پانزده صدم خالی خواهد شد.

شکل 11 یک تصویر طرح مانندی را فراهم میکند.همانطور که قبلا بیان شد معادله پراکندگی همرفتی تعادلی باید دراشباع به کار رود و تتا ام تتا به واحد نزدیک است .با کاهش تتا هوا شروع به وارد شدن به منافذ میکند و تتاام تتا به تدریج کاهش می یابد زیرا مسیر جریان برای تتای کوچکتر پیچاپیچ میشود.

به عبارت دیگر مقدار نسبی آب راکد با کاهش تتا درحدود تتا برابر با پانزده صدم افزایش می یابد .وقتی تتا بیشتر کاهش می یابد منافذ کمی وجود خواهد داشت که کاملا با آب پر میشوند.

ازاینرو جریان آب به طور افزایشی درلایه های پوشش دهنده ذرات خاک رخ میدهد.

با کاهش یافتن ضخامت این لایه آب v به طور نمایشی با کاهش بیشتر تتا کاهش می یابد.

درمقادیر پایینی برای تتا جریان دوباره برحسب تتاام تتا همگن تر خواهد بود.

شکل 9 حاکی ازاین است که مقدار نسبی آب راکد ازآنجائیکه v درسرتاسر این لایه ها کوچکتر میشود کاهش می یابد .تغییرات دردامنه جریان و v‌نیز فرایند ترکیب محلول را تغییر میدهد.

مقاومت برای تبادل محلول بین فازهای متحرک و غیر متحرک به علت افزایش خمش و کاهش منطقه تماس افرایش می یابد.

زمان تبادل یک آلفا ازاینرو افزایش می یابد .درمقادیر پایینتر آب انتشار عرضی ازاینرو به علت فرصت کاهش یافته برای ترکیب محلول برای گسترش محلول مهم تر شده است.

نقش انتشار میتواند با تعداد انتشار مولکولی peclet مشخص شود.

ضریب انتشار موثر برای مقادیر مختلف آب ممکن است با معادله 16 توضیح داده شود.

درجایی کهD0‌ ضریب انتشار مایع وe‌ تخلخل خاک است.

طول مشخص d‌ درمعادله 3 ممکن است با به کارگیری مفهوم شعاع مویی اسوانه ای معادل بیان شود.

معادله 17.

درجایی که h ارتفاع فشار خاک است.

جدول دو نیز شامل pe برای هر آزمایش با به کارگیری vm و مقداری برای d ‌برطبق معادله 17 میباشد.

ما با فرض کردن D0= 1cm cm d-1 و e= 0.35 ، De را محاسبه کردیم.

شکل 10 شامل pe به عنوان تابعی از تتا میباشد.

مقداری برای pe تغییر حدودی بین 10 و 90 دارد و با تتا افزایش می یابد.

زمانی که یک آلفا بیشترین است یعنی تا برابر با هشت صدم است ، pe مینیمومی درحدود 11دارد .

همانطور که برای محیط اشباع شده بیان شد نقش انتشار عرضی با کاهش pe افزایش می یابد.

توجه کنید که ضریب پراکندگی D‌ یا DMIM هنوز بیش از هزار برابر بزرگتر از ضریب انتشاراست.

که De‌در جدول 2 است.

همانطور که بحث شد انتشار عرضی برای گسترش در تتای پایینتر مهم تر میشود و با ثابت شدن تتای کوچکتر از هفده صدم درشکل 8 اختلاف بین گاما و گاماام زیاد خواهد شد.

نتیجه گیریها : آزمایشات جابه جایی محلول درطول جریان شیب واحد جهت تعیین شدن در محل با منحنی پیشرفت محلول برای تغییر حدود وسیعی از مقادیر آب دریک تل ماسه توتوری انجام شدن.

غلظتهای کلی ماندگار با ردیابهای درجه شوری 4الکتروده درچندین عمق ستونه های خاک پرشده اندازه گیری شدند.

پارامترهای انتقال برای معادله پراکندگی همرفتی و مدل متحرک و غیر متحرک با بهینه سازی محلولهای تحلیلی این مدل ها جهت منحنی پیشرفت محلول اندازه گیری شده تعیین شدند.

مقادیری برای پارامترهای انتقالی به خوبی صرف نظر از عمقی که منحنی پیشرفت محلول تعیین شد تایید میشوند.

مقایسه پارامترها درچندین عمق برای ارزیابی مدل انتقال میباشد و پارامترها یک مزیت آشکار اندازه گیری درمحل منحنی پیشرفت محلول است.

برای شرایط اشباع نشده پراکندگی گاما یک حد اکثر نودوهفت صدم سانتیمتر درتتا برابر با سیزده صدم داشت درحالیکه گاما برای جریان اشباع شده صرف نظراز سرعت آب منفذ درحدود یک دهم بود .

برای مدل متحرک و غیر متحرک اختلاف بین گاما و پراکندگی فاز متحرک برای تتا کوچکتر از هفده صدم افزایش یافت.

این نشان میدهد که انتشار عرضی مکانیسم غالبی برای ترکیب محلول درتتای کوچکتر میشود.

بخش متحرک تتا ام تتا به تدریج ازواحی با اشباع هشتادو پنج صدم در تتا برابر با پانزده صدم کاهش می یابد و به طور جزئی دوباره با اشباع دوباره بیشتر افزایش می یابد.

زمان برای تبادل محلول بین فازهای متحرک و غیر متحرک یک آلفا برای تتا بزرگتر از یک دهم تا دودهم بود و با کاهش بیشتر تتا به طور اساسی افزایش یافتند.

برای این تل ماسه غیر انباشته شده ما فرض میکنیم که شرایط جریان برای مقدارهای آب کمترو بیشتر متفاوت هستند.

با کاهش تتا سرعت آب منفذ به طور نمایشی کاهش می یابد.

برای تتای بزرگتر از پانزده صدم به علت جریان نسبتا همگن با ترکیب محلول سریع همرفتی درمنافذ خاک تتاام تتای بزرگتر و یک آلفای کوچکتر رخ میدهد.

برای تتای کوچکتر از پانزده صدم یک یک آلفای بزرگتر یافت شد زیرا مقاومت دربرابر انتقال محلول بین فازهای متحرک و غیر متحرک افزایش می یابد.

تعداد انتشار مولکولی با افزایش نقش انتشار عرضی برای تتای کوچکتر به علت v کوچکتر و لایه های نازک تر آب درمنافذ خاک کاهش می یابد.

ما مشاهده کردیم که این اثرات منجر به پراکندگی حداکثر برای جریان اشباع نشده دریک تل ماسه با مقادیر متوسط آب میگردد.

وابستگی ترکیب محلول به مقادیر آب برای خاکهای انباشته شده نسبه به ماسه غیر انباشته شده دراین مطالعه متفاوت خواهند بود.

اندازه گیری های بیشتر پراکندگی با تغییر حدود مقایر آب و برای خاکهای مختلف برای کشف کردن بیشتر اثرات شرایط جریان و ساختمان خاک در ترکیب محلول درخاکهای اشباع نشده مورد نیاز هستند.

کنترل کردن غلظتهای درمحل درشرایط جریان شیب واحد کاملا کنترل شده که دراین مطالعه استفاده شدند برای چنین تحقیقاتی پتانسیل بیشتری را ارائه میدهد.

قدردانی : ما از دکتر شو شیوزاوا ازدانشگاه توکیو به خاطر کمک فنیش و از آزوسا تسوجیتا به خاطر کمک کردن به آزمایشات پراکندگی تشکر میکنیم.

ما همچنین از نظرات سازنده دو تجدید نظرکننده بی نام قدردانی میکنیم.

فهرست مطالب پراکندگی هیدرودینامیک درتل ماسه اشباع نشده : 1 خلاصه : 1 مواد و روشها : 5 آزمایش جابه جایی : 5 مدل های انتقال : 8 نتایج و بحث : 10 جریان آب اشباع نشده : 10 منحنی های پیشرفت و تخمین پارامتر : 12 پراکندگی هیدرودینامیک : 14 معادله پراکندگی –همرفتی : 14 مدل متحرک و غیر متحرک : 15 جریان اشباع نشده و ترکیب محلول : 18 نتیجه گیریها : 19